通信原理第4章.pptx

1、通信原理第4章北京邮电大学,1,4.1 引言 4.2 幅度调制 4.3 角度调制 4.4 线性调制系统的抗噪声性能 4.5 角度调制系统的抗噪声性能,第四章 模拟通信系统,2,载波信号：,4.1 引言,3,已调信号：,调制信号：m(t) 本章默认m(t) 的均值为0、带宽为W,幅度调制： 通过A(t)携带m(t): 任何时刻t，A是m的函数 角度调制： 通过j(t)携带m(t) : 任何时刻t，j是m的函数,4,幅度调制方法： (1) 双边带抑制载波调幅(DSB-SC) (2) 具有离散大载波的双边带调幅(AM) (3) 单边带调幅(SSB) (4) 残留边带调幅(VSB),4.2 幅度调制,

2、5,1 .DSB-SC信号的产生,4.2.1 双边带抑制载波调幅,6,7,DSB-SC信号表达式,以cos(2pfct+jc)为参考载波的复包络：,图4.2.2 m(t)和s(t)的信号波形,8,傅氏变换关系,2 .DSB-SC信号的频谱特性,9,10,功率谱关系,此关系对随机m(t)的所有样本都成立,11,频谱搬移,双边带抑制载波调幅信号的相干解调,12,不考虑噪声时的接收信号为,乘以本地载波2cos(2pfct+j),最后一项可以用低通滤波器滤除，从而得到,DSB-SC信号的解调,13,14,以cos(2pfct+j)为参考载波,复包络是,解调输出是复包络的实部,如果要求接收端已知接收信号

3、的载波相位jc，则这样的接收方式叫相干解调，否则叫非相干解调。 如果DSB-SC以2cos(2pfct+jc)为本地载波，则输出信号是：Acm(t) 相干解调的输出=复包络的实部,相干解调,15,理想相干解调器必须满足jc=j，即：接收端能复制出一个与发送载波完全一致的载波 接收端重建发送载波的方法有多种，例如： (1) 发端加一离散的载频分量，该分量称为导频(pilot) (2) 用一些信号处理技术从接收的DSB-SC信号中提取发送载波。例如：平方环、COSTAS环（第6章）。,载波提取,16,1. 具有离散大载波的双边带幅度调制信号(AM)(又称标准调幅，简记为AM),图4.2.8 AM信

4、号波形,4.2.2 具有离散大载波的双边带 幅度调制（）,17,称标量因子a为调制指数或调幅系数,18,默认假设m(t)的幅度小于1,定义,则可写成,复包络为,AM信号可以表示为一个DSB-SC信号和一个纯载波的和 因此其功率谱是DSB-SC的功率谱增加一个载频线谱,2. AM信号的频谱特性,19,与DSB-SC相比，频谱多出了离散大载波分量,AM除了可以像DSB-SC那样采用相干解调外，还可以用包络检波器解调，从而免除提取同步载波这个过程 包络检波器完成的功能是：给出带通信号的复包络的模 实现包络检波的方法例如：二极管整流,3. AM信号的解调,21,22,复包络的模是,如果调制指数不大于1

5、，,如果调制指数大于1，不能正确恢复，会产生失真,滤除直流后可得到m(t)。,图4.2.11 利用边带滤波法产生单边带信号,4.2.3 单边带调幅(SSB AM),1. 单边带调幅信号的产生及其表示式,23,24,任意带通信号x(t)与其复包络xL(t)的频谱关系,25,单边带调制的频谱关系,26,上单边带调制的复包络是m(t)的正频率部分（解析信号）,同理,图4.2.13 产生单边带调幅信号的又一方法,27,3. 单边带调幅信号的相干解调,28,29,复包络的实部为,SSB的复包络为,图4.2.14 残留边带调幅,4.2.4残留边带调幅(VSB AM),30,31,复包络实部为,VSB滤波器

6、的等效低通为H(f+fc),VSB信号的复包络频谱为,32,复包络实部的频谱为,如欲解调出m(t)，必须,在调频系统中，载波的频率随基带信号变化。在调相系统中，载波的相位随基带信号变化。调频及调相均属非线性调制，统称为角度调制。 角度调制的另一特点是它占有较宽的信道带宽，角调信号的带宽经常是基带信号带宽的许多倍。该系统是以牺牲带宽来换取高的抗噪能力。,4.3 角度调制,34,对于Acosq，称q为角度,4.3.1 调频及调相信号,35,若q为是t的函数,为瞬时角频率,为瞬时频率,瞬时频率的平均值是载波频率,称,称,若载波频率是fc，则q(t)可以写成,36,为瞬时相偏，其最大值为最大相偏,为瞬

7、时频偏，其最大值为最大频偏,称,称,对于调制信号m(t),37,线性调相：在任何时刻t，瞬时相偏是m的线性函数,线性调频：在任何时刻t，瞬时频偏是m的线性函数,称Kp为相位偏移常数，称Kf为频率偏移常数,PM信号表达式,38,FM信号表达式,PM与FM的关系,39,先微分再调频=调相,先积分再调相=调频,PM或PM的带宽,40,其中Df是最大频偏,b是调频指数,卡松公式,直接调频,图4.3.3 利用VCO做调频器,4.3.3 角度调制器与解调器,41,图4.4.1 通过加性噪声信道传输的模拟通信系统解 调模型,4.4 线性调制系统的抗噪声性能,已知：调制信号带宽为W，接收的有用信号功率为PR，

8、噪声的双边功率谱密度为N0/2 求：相干解调输出的信噪比 ,4.4.1 双边带抑制载波调幅系统 的抗噪声性能,43,接收信号是 ,44,有用信号功率 ,噪声功率 ,输入信噪比 ,接收信号的复包络是 ,45,解调输出是其实部 ,输出信噪比是 ,接收信号是 ,46,有用信号功率 ,噪声功率 ,4.4.2 单边带调幅系统的抗噪声性能,输入信噪比 ,接收信号的复包络是 ,47,解调输出是 ,输出信噪比是 ,4.4.3 具有离散大载波的双边带调幅 系统的抗噪声性能,48,已知：调制信号带宽为W，调制效率为h，接收的有用信号功率为PR，噪声的双边功率谱密度为N0/2 求：包络检波及相干解调输出的信噪比 ,

9、调制效率h定义为：PR中DSB-SC部分所占的功率比率 ,49,接收信号是,接收信号功率是 ,噪声功率 ,50,相干解调输出是,输出信噪比是2项和第3项的功率比。这相当于输入有用功率中只有hPR对输出信噪比有贡献，因此,51,包络检波的输出是复包络的模,当 PR远大于噪声功率，也即Ac远大于噪声幅值时，上式可以近似为,因此：大信噪比条件下，AM包络检波的性能和相干解调近似相同,4.5 FM系统的抗噪声性能,52,已知：调制信号m(t)带宽为W，归一化调制信号mn(t)功率为PMn。调频指数为b，接收的有用信号功率为PR 求：解调输出的信噪比 假设：(1)大信噪比，(2)调制信号m(t)和信道噪声n(t)在输出端的贡献具有线性叠加性。 ,框图,53,54,鉴频器(解调器)输入端的信号,有用信号功率是,噪声功率 ,输入信噪比 ,55,n(t)、nc(t)、ns(t)的功率谱,n(t)、nc(t)、ns(t)的功率谱面积都是N0B,56,鉴频器输入端的信号的复包络,“鉴频器”代表一种信号处理功能，其输出是,其中的系数Kf用来使输出有用信号的幅度不变 ,57,为求鉴频器输出噪声功率，可先令m(t)=0，此时鉴频器输入的复包络是,此时鉴频器输出的噪声是 ,其相角是 ,58,no(t)的功率谱是,59,LPF输出的噪声功率是,输出信噪比,60,令,则有,带入后得到,